[发明专利]一种形状记忆合金丝材的机械性能测试与热机训练装置

说明书

技术领域

本发明涉及到一种形状记忆合金丝材的性能测试装置，尤其涉及利用上位机软件进行控制的对形状记忆合金丝材的机械性能测试与热机训练装置。

背景技术

形状记忆合金是一种新型的智能材料，具有形状记忆效应和超弹性等特点，广泛用于航空航天、土木工程以及机器人领域的驱动器设计和振动控制方面。形状记忆效应指的是形状记忆合金能够记忆在低温马氏体相的形状，在产生了明显的塑性变形后，升高至一定的温度可以自动恢复到原来记忆的形状，形状记忆合金丝需要经过一定热机训练才能达到所需的形状记忆效应；超弹性指的是对其拉伸至塑性变形阶段，卸载后能塑性变形能回复，在高温下的主要表现形式是其弹性模量是低温下的数倍。由于在制造形状记忆合金时不同的合金比例和热处理条件对其机械性能影响很大，如何对其性能参数测试以及采取相应的训练手段是其进一步在工程中应用的关键，采用合适的设备进行定量实验研究和训练是关键技术。

形状记忆合金丝的性能测试主要涉及以下几个方面的内容：

（1）形状记忆合金丝的机械性能测试

形状记忆合金丝的机械性能测试主要包括不同温度下的应力应变关系曲线、最大可回复应变、不同预应变下的受限应力、疲劳性能。目前对于形状记忆合金丝的力学性能的测量一般在带有温控箱的材料试验机上进行，这种设备昂贵，成本高，而且温控箱的加热冷却缓慢，测试周期长，有必要研制一种简单易用的测试形状记忆合金丝机械性能的装置。

（2）    形状记忆合金丝的热机训练

形状记忆合金作为驱动器使用时必须经过预拉伸，要完全发挥其性能要求还必须经过一定的热机训练。热机训练指的是先把形状记忆合金丝拉伸到想要的预应变，然后加热让其自由回复到原来形状，然后冷却再拉伸，重复这一过程50次以上。传统上往往采用人工手动训练，往往费时费力，需要采取自动化的拉伸、加热、冷却循环控制系统以代替人力成本。

（3）    形状记忆合金丝回复应变和回复应力的精确控制

出厂后的形状记忆合金丝在实际使用中需要拉伸至给定的应变以满足实际工程需要，有时也要求经过拉伸后的丝在受限回复时能产生预定的回复应力。以往在拉伸时往往忽略其弹性变形部分，这样使得实际使用的丝变形小于预期变形，而制备需要一定回复应力的丝时时也只凭经验，急需设计一种带反馈的拉伸装置能精确地拉伸至其给定的回复应变或回复应力来满足工程需要。

 

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种对形状记忆合金丝材进行机械性能测试和热机训练的装置，该装置根据拉力传感器和温度采集卡实时采集的信号进行反馈，实现对形状记忆合金丝材的机械性能测试、热机训练的自动化运行功能。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的形状记忆合金丝材的机械性能测试与热机训练装置包括数据采集控制系统、步进电机驱动模块、力采集模块、电源控制模块和温度测量模块，其中，

所述的数据采集控制系统包括进行数据接收和命令输出的上位机；

所述的步进电机驱动模块包括提供动力源的步进电机、提供单轴正反向运动的滚珠丝杆滑台和步进电机控制器，所述的步进电机控制器与所述的上位机相连接，所述的步进电机驱动滚珠丝杆滑台进行单轴双向运动；

所述的力采集模块包括拉力传感器，所述的拉力传感器将采集的拉力数据传输至上位机；

所述的电源控制模块包括恒流电源和继电器，所述的继电器受所述上位机控制并控制恒流电源与待测试形状记忆合金丝材之间的通断；

所述的温度测量模块包括采集待测试形状记忆合金丝材温度信号的温度采集卡，所述的温度采集卡与上位机相连接。

更进一步地，所述的滚珠丝杆滑台可采用这样的结构，即，用于固定形状记忆合金丝的夹具固定设置于底座的一端，所述的拉力传感器通过固定底座固定设置于底座的另一端，待测试形状记忆合金丝材设置于夹具与拉力传感器之间。

本发明技术方案的性能测试与训练装置可适用于不同长度的形状合金丝材，其中，固定拉力传感器的底座可以扩展其长度，即固定合金丝材两端的间距可以进行变化，以适应不同长度的待测试件。